黃酮類化合物對神經(jīng)認知能力及神經(jīng)退行性疾病的作用

王何蕾，徐馳

（江蘇省南京市鼓樓區(qū)童家巷24號中國藥科大學玄武門校區(qū)，江蘇省腫瘤發(fā)生與干預重點實驗室，江蘇 南京）

1 黃酮類化合物的來源、分類與作用

黃酮類化合物廣泛存在于自然界的綠色植物中，早期主要是指母核為2-苯基色原酮的一類化合物，如今則泛指兩個苯環(huán)（A環(huán)與B環(huán)）通過中央三碳相互聯(lián)接而成的一系列化合物。根據(jù)中央三碳的氧化程度、是否成環(huán)、B環(huán)的聯(lián)接位點等特點，可將黃酮類化合物分為多種結(jié)構(gòu)類型，這些不同的黃酮類化合物在各種藥理活性中起主要作用，主要有黃酮，黃酮醇，異黃酮，黃烷醇，黃烷酮，花青素等。這些黃酮類化合物來源廣闊，主要存在于藥用植物，蔬菜，漿果，葡萄酒，綠茶中。研究表明，黃酮類化合物有較強的抗氧化自由基作用[1]，并且大量的藥理研究顯示了它們對心血管疾病，細菌、病毒感染[2]，腫瘤，炎癥[3-5]，神經(jīng)系統(tǒng)疾病均有一定療效。

2 黃酮類化合物對神經(jīng)認知能力的作用

大量研究證明，食用富含黃酮類化合物的食物有益于神經(jīng)認知能力，尤其是異黃酮（主要存在于大豆和大豆制品中）[6]。異黃酮對認知和記憶方面的積極作用在于其能模擬大腦中雌激素的作用[7,8]，流行病學研究表明，絕經(jīng)后的婦女用雌激素替代治療后相比沒有治療的絕經(jīng)后婦女患阿爾茨海默癥的概率更低。同樣，動物行為學研究顯示正常哺乳動物切除卵巢后，認知功能下降，用雌激素治療后認知功能障礙得到改善。除此之外，異黃酮還可以影響乙酰膽堿，神經(jīng)營養(yǎng)因子（如腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子BDNF）以及海馬和額葉皮層區(qū)神經(jīng)生長因子的合成[9,10]。對于其他類型的黃酮類化合物，動物行為學證據(jù)表明，石榴，葡萄，藍莓，草莓等富含黃烷醇和花青素的水果，以及化合物槲皮素和表沒食子兒茶素沒食子酸酯，對學習和記憶的各個方面有積極作用，包括快速或慢速記憶獲取，短期工作記憶，長期參考記憶，記憶的保留和檢索[11,12]，并且能夠改善模型動物的認知障礙和空間工作記憶的缺陷[13,14]。同時，富含黃烷醇和花青素的漿果，尤其是藍莓，能顯著增加海馬齒狀回前體細胞的增殖與神經(jīng)發(fā)生[15]，有效逆轉(zhuǎn)與衰老相關(guān)的空間記憶缺陷[16]。然而，目前尚不清楚黃酮類化合物在大腦中的具體作用機制，是否誘導海馬形態(tài)、功能的整體變化。

3 黃酮類化合物對神經(jīng)退行性疾病的作用

神經(jīng)退行性疾病是由機體神經(jīng)元結(jié)構(gòu)和功能逐漸喪失引發(fā)的一類疾病，分為急性和慢性兩種，前者主要包括腦缺血，腦損傷，癲癇，后者主要包括阿爾茨海默癥，帕金森病，亨廷頓病，肌萎縮性側(cè)索硬化癥等。氧化應激，線粒體功能障礙，興奮性毒素，神經(jīng)炎癥等皆是誘導神經(jīng)退行性疾病發(fā)生的病理因素。本文中我們將主要探討黃酮類化合物對阿爾茨海默癥和帕金森病的作用。

阿爾茨海默癥（AD）的主要癥狀是記憶的逐漸消失，認知功能障礙，日常生活能力不完善以及智力學習過程的減退[17,18]，它是導致癡呆癥的最常見原因。盡管AD確切的病因尚未清楚，但一些機制特征包括AD的產(chǎn)生和發(fā)展涉及到乙酰膽堿的缺失，β-淀粉樣蛋白（Aβ）的沉積，tau蛋白的過度磷酸化和氧化應激的發(fā)生[19,20]。據(jù)報道，表兒茶素-3-沒食子酸酯、棉皮素、槲皮素和楊梅素等黃酮類化合物在臨床低濃度下可阻斷β-淀粉樣蛋白和tau蛋白聚集，清除自由基，隔離金屬離子[21,22]。此外，黃酮類化合物還具有清除活性氧、抑制單胺氧化酶和乙酰膽堿酯酶的作用[23]。同時，黃酮類化合物在動物模型中預防AD和認知功能障礙的有效性已被報道，這意味著它們在神經(jīng)障礙的治療方面的應用。例如，在越橘和黑加侖提取物中發(fā)現(xiàn)的富含花青素的黃酮類化合物可以在APP/PS1模型小鼠中預防它們的行為異常，抑制大腦中Aβ的產(chǎn)生和聚集[24]。長期服用葡萄多酚可降低Tg2576小鼠腦組織中可溶性Aβ低聚物水平，改善記憶和行為缺陷[25]。因此，黃酮類化合物有望開發(fā)成為高效、多靶點抗AD的先導化合物。

帕金森氏病中的黑質(zhì)神經(jīng)元死亡被認為與內(nèi)源性神經(jīng)毒素5-S-半胱氨酰-多巴胺（5-S-cys-DA）及其氧化產(chǎn)物二氫苯并噻嗪（DHBT-1）的形成有關(guān)[26]。然而，黃酮類化合物能夠阻礙5-S-胱氨酸多巴胺的產(chǎn)生及由此引起的神經(jīng)損傷[27]。也有證據(jù)表明，黃酮類化合物能夠調(diào)節(jié)蛋白激酶和脂質(zhì)激酶信號級聯(lián)通路，如磷脂酰肌醇3-激酶/Akt和促分裂原活化的蛋白激酶途徑[28]，從而阻斷氧化誘導的神經(jīng)元損傷。這些途徑的激活或抑制可改變靶分子的磷酸化狀態(tài)，導致半胱天冬酶活性的改變或基因表達的改變，進一步影響神經(jīng)元功能和形態(tài)。研究報道，黃酮類化合物具有的抗凋亡作用可通過阻止caspase-3的活化來阻礙氧化造成的神經(jīng)元損傷[29]。橙皮素及其代謝物5-硝基橙皮素，被觀察到通過激活磷酸化信號蛋白來抑制氧化誘導的神經(jīng)元凋亡[30]。同樣，槲皮素，黃芩素和表沒食子兒茶素沒食子酸酯也依賴于它們直接調(diào)節(jié)蛋白和脂質(zhì)激酶信號的途徑減輕小膠質(zhì)細胞或星形膠質(zhì)細胞介導的神經(jīng)炎癥，有效延緩帕金森病的病理進程[31]。

4 黃酮類化合物作用的機制

上個世紀，黃酮類化合物的生物作用，包括對大腦的作用，被認為是由于它們強大的抗氧化能力[32]，通過清除自由基、改變細胞內(nèi)氧化還原狀態(tài)帶來的影響。但是，黃酮類化合物的口服生物利用度較低[33]，一旦進入體內(nèi)，會經(jīng)歷廣泛的新陳代謝，最終能穿透血腦屏障進入腦中的濃度極低，不足以支撐它起到抗氧化作用。所以，黃酮類化合物在神經(jīng)系統(tǒng)中的生物學作用不是由于其經(jīng)典的抗氧化作用，而是通過保護脆弱神經(jīng)元，增強現(xiàn)有神經(jīng)元功能，刺激神經(jīng)元再生和誘導神經(jīng)發(fā)生來發(fā)揮其神經(jīng)保護作用[34]。

4.1 黃酮類化合物與重要信號通路的相互作用

黃酮類化合物已被證明通過與神經(jīng)元信號通路的相互作用發(fā)揮神經(jīng)保護作用[35]。它們與多種蛋白和脂質(zhì)激酶信號途徑相互作用，包括酪氨酸激酶，促分裂原活化激酶（MAPK），磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）/ Akt，蛋白激酶C，NFκB途徑[36]。當腦中的黃酮類化合物濃度足夠高時，可以激活或抑制這些受體，改變其磷酸化狀態(tài)，調(diào)節(jié)基因表達，誘導神經(jīng)元中相關(guān)調(diào)節(jié)蛋白或保護蛋白的合成，增強突觸可塑性，直接影響認知能力，學習、記憶能力[37]。有報道稱，黃酮類化合物及其代謝產(chǎn)物與MAPK信號通路(MEK1和MEK2受體)相互作用，引起cAMP反應元件結(jié)合蛋白(CREB)下游活化，導致突觸可塑性和記憶的顯著改變。例如，補充富含黃烷醇和花青素的藍莓可以激活CREB和提高海馬的BDNF水平，從而提高動物的認知能力[38]。綠茶兒茶素可降低Aβ1-42低聚體水平，提高PKA/CREB通路活性，上調(diào)海馬突觸可塑性相關(guān)蛋白，改善認知功能障礙[39]。同時，藍莓誘導的CREB和BDNF表達增加也被證明可導致PI3K/Akt信號通路的激活，另外，黃酮類化合物具有PI3K調(diào)節(jié)位點，直接與其ATP結(jié)合位點相互作用[40]。槲皮素及其代謝物通過抑制PI3K活性來抑制Akt/PKB信號通路。相反，橙皮素激活Akt/PKB信號通路，延長皮質(zhì)神經(jīng)元的生存期[41]。表兒茶素-5-沒食子酸鹽激活細胞外信號調(diào)節(jié)激酶（ERK）和依賴于CREB磷酸化上調(diào)水平的PI3K，調(diào)節(jié)神經(jīng)傳遞，突觸形成和突觸可塑性[42]。

4.2 黃酮類化合物對外周和大腦血管的作用

流行病學數(shù)據(jù)表明，富含黃烷醇的食物如可可，藍莓和茶可以預防包括中風和癡呆在內(nèi)的多種腦血管疾病[43]。黃烷醇介導的生物活性包括改善血管功能，降低血壓，抑制血小板凝聚，減少炎癥反應。這些外周血管的改變增加了腦血流量，改善了血管內(nèi)皮細胞功能，直接增強了腦血管功能，促進了海馬中的成體神經(jīng)發(fā)生[44]。新生的海馬神經(jīng)細胞傾向于聚集在血管周圍，在血管生長因子的作用下不斷增殖，而血管生成本身伴隨著內(nèi)源性一氧化氮的產(chǎn)生和血管舒張，黃烷醇以及其他的黃酮類化合物的血管作用有一部分是通過激活內(nèi)皮細胞的一氧化氮合酶（eNOS）來介導的[45]。它們通過誘導Akt上Ser-473的磷酸化來激活eNOS，增加海馬血管中一氧化氮的生物利用度，導致隨后的血管生成和神經(jīng)發(fā)生。此外，海馬中血管生成的增加也可能會穩(wěn)定新生神經(jīng)元的存在[46]。

4.3 黃酮類化合物對神經(jīng)毒素和神經(jīng)炎癥的作用

在多種神經(jīng)退行性疾病中觀察到的潛在神經(jīng)變形是由多種因素導致的，包括神經(jīng)炎癥，谷氨酸能興奮性毒性，鐵的增加[47]和內(nèi)源性抗氧化劑的損耗。研究表明黃酮類化合物可能會抵擋神經(jīng)元損傷的潛在機制，阻礙多種神經(jīng)退行性疾病的發(fā)展[48]。食用富含表沒食子兒茶素沒食子酸酯的綠茶可通過調(diào)節(jié)蛋白激酶C（PKC）和PI3K信號通路來發(fā)揮神經(jīng)保護作用，還可以通過螯合自由基來減輕黑質(zhì)損傷，從而緩解神經(jīng)變形和缺血性海馬損傷，降低患帕金森病的風險[49]。體外研究也表明黃酮類化合物能夠阻礙內(nèi)源性神經(jīng)毒素5-S-胱氨酸多巴胺的產(chǎn)生，預防帕金森病。神經(jīng)炎癥發(fā)生時被激活的神經(jīng)小膠質(zhì)細胞或星形膠質(zhì)細胞釋放出炎癥細胞因子及其他介質(zhì),包括腫瘤壞死因子α（TNF-α）、一氧化氮（NO）、白介素-1β（IL-1β）、IL-6和誘導型一氧化氮合酶（iNOS），進一步擴大炎癥信號, 誘導神經(jīng)元凋亡。柚皮素通過抑制脂多糖/干擾素誘導的膠質(zhì)細胞激活和抑制p38/STAT-1通路來減少神經(jīng)元損傷[50]。另外，柚皮素還能抑制活化小膠質(zhì)細胞中NO的產(chǎn)生，其他黃酮類化合物包括槲皮素，漢黃芩素，黃芩素也已經(jīng)被證明可以調(diào)節(jié)神經(jīng)炎癥和小膠質(zhì)細胞/星形膠質(zhì)細胞介導的NO產(chǎn)生。藍莓中的黃酮類化合物也被證明可以減少激活的小膠質(zhì)細胞中TNF-α、NO和IL-1β的產(chǎn)生[51]。

5 總結(jié)

黃酮類化合物的神經(jīng)保護作用涉及到大腦內(nèi)的多種效應，包括保護神經(jīng)元免受神經(jīng)毒素和神經(jīng)炎癥損傷，激活突觸信號和改善腦血管血流。這些有益影響可以抑制由神經(jīng)毒素引發(fā)的神經(jīng)元凋亡，促進神經(jīng)元存活與分化，加強外周和大腦血流量灌注，從而改善記憶與認知能力，延緩神經(jīng)退行性疾病的病理進程。然而黃酮類化合物在神經(jīng)系統(tǒng)中直接作用的分子靶點尚不明確，限制了其在臨床上的應用，目前還沒有足夠的證據(jù)來明確地將黃酮類化合物的攝入與神經(jīng)健康的改善聯(lián)系起來。所以需要進一步的研究，特別是設計良好的臨床試驗，來證實黃酮類化合物在與神經(jīng)變性相關(guān)的臨床癥狀和體征中的臨床療效。此外，還應設計各種體內(nèi)研究，以更好地了解黃酮類化合物的生物利用度、潛在毒性以及在衰老大腦中靶部位的積累情況?？傊c衰老相關(guān)的認知能力的下降和記憶障礙近些年來越來越受到人們的關(guān)注，對于改善記憶和緩解認知衰退的治療費用逐年遞增，如果能從飲食上通過黃酮類化合物的攝入來對這些神經(jīng)退行性疾病進行干預治療，將節(jié)約一筆不小的開支，這也將成為以后臨床研究的重要方向。